راهکار های بازیابی حرارت در صنایع(قسمت دوم)

ماخذ: نشریات شرکت گاز و برق پاسیفیک

مقدمه

در شماره قبل چند نوع از تجهیزات بازیابی حرارت مورد بررسی قرار گرفتند. در این شماره ادامه این مبحث را پی می گیریم.

مبدل حرارتی لوله گرمایی

راندمان و ابعاد مناسب این سیستم مثال زدنی است. عمل انتقال حرارت به وسیله دسته ای از لوله که به کانال های تخلیه و ورودی امتداد یافته اند، انجام می پذیرد. هر یک از این لوله ها دارای یک المان آب بندی داخلی می باشند که به شکل یک فتیله حلقوی بوده و درون آن با سیال مناسبی پر شده است.

حرارت جذب شده از گازهای داغ خروجی باعث تبخیر سیال شده و بخارات در هسته مرکزی جمع می شوند. گرمای نهان تبخیر توسط بخار به انتهای سرد لوله گرمایی منتقل می شود که در آنجا بخار چگالیده شده و گرمای نهان را از دست می دهد. سیال چگالیده شده سپس توسط پدیده موئینگی (و یا قوه ثقل) به بخش داغ رهنمون شده و این چرخه تکرار می شود. مزایای این سیستم راندمان بالا و ابعاد کوچک آن می باشد و ضمناً احتمال بروز هیچ گونه تبادل آلاینده وجود نخواهد داشت. مهم ترین عامل منفی قیمت بالای این سیستم ها می باشد.

دیگ های بازیاینده حرارت پرت

این دیگ ها از نوع واترتیوب معمولی بوده و گازهای داغ از روی دسته لوله های موازی حاوی آب عبور داده می شوند. آب تبخیر شده و در درام بخار برای توزیع به بار سیستم جمع آوری می شود.
ظرفیت های معمول از کمتر از یک هزار تا تقریباً یک میلیون فوت مکعب بر دقیقه گاز داغ است. فشار و نرخ تولید بخار به دما و نرخ جریان گذر گازهای داغ و راندمان دیگ بستگی دارد. اگر حرارت پرت در گازهای داغ برای تولید بخار مورد نیاز کافی نباشد می توان از مشعل های کمکی در دیگ بازیافت حرارت پرت و یا پس سوزاننده (After Burner) استفاده نمود. هزینه نصب یک دیگ بازیافت حرارت پرت به نسبت دیگ معمولی کمتر است چون این دیگ ها فاقد مشعل هستند اما
ابعاد بزرگ آنها یافتن فضای مناسب برای نصب ما در برخی پروژه های بازسازی دشوار می سازد.

منبسط کننده های گاز و بخار

فناوری توربین های گاز و بخار صنعتی در کمال پیشرفتگی در دسترس قرار دارد. در حال حاضر توربین های گازی برای بهره برداری از گازهای پرت کم فشار (مانند گازهای خروجی از بالای کوره ها که قادر به تولید توان ۲۰ مگاواتی هستند) موجود بوده و قادر به بازیابی تا ۳۰ تا ۳۵ درصد از انرژی می باشند. البته توربین های بخار نیز می توانند از کار مکانیکی یا راه انداختن ژنراتورهای الکتریکی رجوع دارند. توربین های فشار پشتی (Back – Pressure) در محدوده فشار
خروجی مجاز تا چند ۲۰ توربین های چگالشی با فشارهای خروجی زیر اتمسفر عمل می کنند. بخار مورد نیاز برای کارکرد این توربین ها از دیگ های بازیابنده حرارت پرت و یا استفاده مستقیم از بخار موجود در فرآیندهای صنعتی تأمین می گردد.

بکارگیری توربین ها برای بازیابی حرارت پرت ضمن تولید انرژی مکانیکی یا الکتریکی برای استفاده مستقیم، باعث کاهش نقاط اوج مصرف و صرفه جویی در انرژی
الکتریکی نیز می شود. اگر چه، هزینه بالا و پیچیدگی این سیستم ها و نیاز آنها به نگهداری بسیار کارشناسانه از جنبه های منفی می باشند.

کاربرد پذیری

مبدل های حرارتی تقریباً برای هر نوع کاربرد و منبع حرارتی قابل استفاده هستند. بازیابی حرارت پرت مورد استفاده در صنایع و کاربردهای مختلف می باشد. اگر در یک واحد صنعتی قابلیت مصرف چندگانه وجود داشته باشد باید مصارف را بر اساس دما از بالا به پایین دسته بندی نمود. البته بدون یک پمپ حرارتی فقط می توان گرمای بازیافت شده را برای مصارف کم دما بکار برد.

مطالعات میدانی به منظور ارزیابی امکان سنجی

در این بخش از مقاله به بررسی نتایج حاصل از مطالعات میدانی و پارامترهای تجربی دخیل در انتخاب و امکان سنجی سیستم های بازیابنده حرارت خواهیم
پرداخت. با مطالعات میدانی می توان کاربردهای بالقوه بازیافت حرارت را شناسایی نمود. آنچه در پی می آید. فهرستی است از برخی خصوصیات که باید مورد بررسی قرار گیرند. توجه داشته باشید که مطالعات دقیق باید توسط مهندسان خبره انجام شود و لازم است پیش از اتخاذ هرگونه تصمیم و انتخاب تجهیزات بازیافت حرارت با آنها مشورت به عمل آید.

نکات مربوط به کاربردپذیری

• در ارزیابی منبع، مقدار دما دوره و رطوبت حائز اهمیت فراوانند. هر چه این متغیرها بزرگتر باشند، حرارت بیشتری در دسترس خواهد بود.
• در ارزیابی احتمال بکارگیری ویژگی های مهم شامل نزدیکی به منبع حرارتی و نیاز به حرارت در زمانی است که منبع آن را تأمین می کند.
• زمانی که بخار به میزان کافی موجود است به جای هدایت آن به شیرهای فشارشکن می توان از توربین بخار برای جذب کار استفاده نمود. البته توربین باید بر اساس شرایط بخار فرآیند انتخاب گردد. اگر نیاز به بخار در زمانهای مختلف متغیر باشد بهتر خواهد بود که توربین را بر اساس حداقل نیاز بخار انتخاب و اندازه گذاری نمود تا در اکثر اوقات به کار واداشته شود، بخار اضافی را می‌توان پس از عبور دادن از شیرهای فشارشکن به صورت موازی با توربین مورد
  استفاده قرار داد.
• نزدیک بودن نقاط مصرف حرارت پرت به منتج، بر میزان صرفه‌جویی حاصله تأثیرگذار است چون تلفات حرارت در سیال انتقال‌دهنده از منبع و انرژی لازم برای این کار را باید در نظر گرفت.
• گرمای نهان از چگالش رطوبت موجود در گازهای خروجی می‌تواند قابل توجه باشد.

اما چگالش اغلب به دلیل ایجاد احتمال خوردگی در پایین دست تجهیزات بازیاینده حرارت نامطلوب است.

نکات مربوط به صرفه‌جویی در انرژی

خصوصیات ورودی و خروجی فرآیند باید مورد شناسایی قرار گیرند تا بتوان تشخیصی از میزان صرفه جویی حاصله در صورت استفاده از تجهیزات بازیافت، حرارت به دست آورد.

• هر چه دما، میزان رطوبت و نرخ جریان بالاتر باشند حرارت حاصله بیشتر خواهد بود.
• نزدیکی نقاط مصرف حرارت پرت بر میزان صرفه جویی کلی انرژی تأثیرگذار است. چون تلفات حرارت در سیال انتقال‌دهنده، از منبع و انرژی لازم برای این کار باید در نظر گرفت.

نکات مربوط به هزینه‌های اجرا

برای رسیدن به سطوح معقول صرفه جویی در مصرف انرژی که معمولاً در نرخ‌های کدر جریان زیاد به دست می‌آید باید هزینه های اجرای سیستم‌های بازیافت، از جمله مبدل‌های حرارتی بزرگتر و مواد خاص مقاوم در برابر حرارت را در محاسبات لحاظ نمود. البته در عمل صرفه جویی‌های حاصله بیش از هزینه های اضافی اولیه خواهند بود. سایر ملاحظات مربوط به هزینه های اجرا عبارتند از:

• مواد خاص برای تحمل جریان سیالات خورنده، بر هزینه ها می‌افزایند بدون این که تأثیری در میزان صرفه جویی انرژی داشته باشند.
• اگر منبع حرارت و نقطه مصرف آن دور از هم باشند باید هزینه لوله کشی، کانال کشی، پمپ و یا بادزن مورد نیاز برای انتقال حرارت را در محاسبات اضافه نمود.
• مبدل‌های حرارتی در مصرف سوخت صرفه جویی کرده و قیمت آنها معقول است ولی شاید هزینه‌های دیگری را تحمیل نمایند. به عنوان مثال، ممکن است برای پیش‌گرمایش هوای احتراق به مشعل‌های دما بالا، کانال‌های بزرگ انتقال هوای احتراق با اتصالات انبساطی / انقباضی، مسیرهای خاص عبور
  هوای سرد برای خنک کردن مشعل‌ها و بسیاری اقلام دیگر نیاز باشد. پیش از این که درباره بکارگیری هر یک از سیستم‌های بازیافت، حرارت تصمیم‌گیری شود، باید هزینه‌های مربوط به اجرا (چه در سمت منبع و چه در سمت مصرف‌کننده) را به دقت سبک و سنگین نمود.

تخمین میزان صرفه‌جویی انرژی

همانطور که قبلاً نیز اشاره شد، بکارگیری تجهیزات بازیابنده حرارت می‌تواند به کاهش حداکثر ۲۰ درصدی در هزینه‌های انرژی واحدهای صنعتی بیانجامد. بخش اعظم این صرفه‌جویی به صورت کاهش هزینه سوخت خواهد بود ولی کاهش استفاده از تجهیزات گرم‌کن الکتریکی نیز قابل ملاحظه است. در معادلات و فرمول‌هایی که در پی می‌آیند، اندیس rem به معنی مقادیر مربوط به تجهیزات برداشته شده و از خط خارج شده در نتیجه بکارگیری تجهیزات جدید می‌باشد.
اما مصرف انرژی الکتریکی معمولاً به دلیل اضافه شدن تجهیزات و یا بارهای الکتریکی جدید (مانند پمپ‌ها و یا بادزن‌های اضافی برای غلبه بر مقاومت فزاینده جریان) افزایش خواهد یافت. اندیس add مبین این گونه بارهای اضافه شده می‌باشد.

مقتضیات راهبری و نگهداری

برای تضمین عملکرد طولانی مدت تجهیزات بازیافت حرارت باید دفاتر ثبت روزانه برای آنها تنظیم شده و مقادیر دماهای ورودی و خروجی، نرخ های جریان و فشار هر دو جریان سیال در آن ثبت گردد. برای دیگ های بازیافت حرارت باید علاوه بر مقادیر مذکور، فشار، دما و نرخ جریان بخار را نیز ثبت نمود. برای توربین ها علاوه بر این مقادیر باید خروجی را به دقت اندازه گیری و ثبت کرد.
آنچه در نگهداری این سیستم ها باید مدنظر قرار گیرد، حفظ ایمنی و عملکرد مطمئن آنهاست. این سیستم ها باید حتماً در محدوده طراحی شده، کار کنند. به
هیچ وجه نباید چگالیده ای در پایین دست سیال داغ پدید آید مگر این که در طراحی چنین لحاظ شده باشد، تنها سیالاتی که در طراحی مشخص شده اند باید از تجهیزات گذر کنند.
در مورد مبدل های حرارتی، مهم ترین نکته تمیز نگه داشتن سطوح انتقال حرارت می باشد. اگر متوجه افت آرام عملکرد یک مبدل حرارتی شدید، به احتمال فراوان رسوب در سطوح آن جمع شده است. جداول شاخص سنجی طبق استاندارد باید در زمان نصب و پس از تمیز کردن سطوح داخلی انتقال حرارت تنظیم شوند.

ادامه دارد…

منبع: مجله صنعت تاسیسات شماره 64

اگر شما هم مشتاق یادگیری تخصصی و حرفه ای دوره های تاسیسات مکانیکی با اساتیدی مجرب هستید میتوانید در دوره های تاسیسات مکانیکی شرکت کنید.